衛星画像を用いた湖沼のアオコおよび水温モニタリングシステムの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555146
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐渡 公明 北見工業大学, 工学部, 教授 (90003201)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中尾 隆志 北見工業大学, 工学部, 助手 (60101523) ; 目黒 春彦 (株)北開水工コンサルタント, 網走支店, 研究開発技師(研究開発担当)
• Keywords: NOAA / AVHRRデータ / 全天日射量 / アオコ / クロロフイルa濃度 / 青潮 / 湖沼水温 / MCSST / 分光反射率

Research Abstract

1. NOAA/AVHRRデータによる水温モニタリング
(1)網走湖の2000年1年間の水温1次元解析について、水面境界条件として冬期間の0℃と4月-11月の実測値32日分を用いてフーリエ級数で表し、湖底境界条件として熱伝導がないと設定し、また初期条件は2000年1月1日の水温鉛直分布推定値を用いて行い、網走湖湖心の2000年1年間の季節変化が得られた。差分法における鉛直分割数の増加が必要ではあるが、ほぼ妥当な結果が得られた。
(2)NOAA/AVHRRを用いたMCSSTによる水温モニタリングについては、2000年1年間の水面温度の季節変化を推定するさいに、雲が多く良い結果が得られなかった。雲がある場合には、熱赤外線の放射伝達方程式の数値解析により湖面温度を推定することが今後の課題である。
2. NOAA/AVHRRデータによる網走湖のアオコモニタリング
(1)網走湖における1998年の9日間、石狩川下流・茨戸川における2000年9月12,13日の実測結果から、植物プランクトンの蛍光放射帯(690-710nm)と吸収帯(660-680nm)の分光反射率の差(R=R700-R670)と透明度までの水深にわたる平均クロロフイルa濃度の相関が最も良い。
(2)全天日射量、直達日射量、散乱日射量の内いずれか2個及び大気圏外日射量、太陽高度、衛星仰角が既知のもとに、観測地点から衛星センサーに至る光路の透過率とパスラジアンスを近似的に推定する方法を示した。
(3)NOAA/AVHRR Ch.1放射輝度、全天日射量、直達日射量か散乱日射量、以上3個の観測データから、地表面の分光反射率を求める推定法を示した。
(4)網走湖における1997-2000年間にわたるNOAA衛星との同期観測で得られた70個のデータをもとに、蛍光放射帯と吸収帯の分光反射率の差Rとクロロフイルa濃度との回帰式を次の2通り求めた。
回帰指数式‥chl.a=37.01R^<2/3>, 回帰直線式‥chl.a=63.76R(0【less than or equal】R<0.3%), chl.a=12.78R+17.85(0.3%<R)
2001年9月3日の網走湖湖心での適用例では、クロロフイルa濃度の実測値4.8μg/lに対し、回帰指数式、回帰直線式による予測値がそれぞれ6.5μg/l、4.7μg/lと得られ、回帰直線式の方が予測精度が良い。なお、網走湖では水温が18℃以上、クロロフイルa濃度が30μg/l以上のときアオコが発生している。

Research Products

• [Publications] 佐渡 公明: "塩淡2層構造をもつ網走湖の水温1次元解析"土木学会北海道支部論文報告集. 第58号. 508-511 (2002)
• [Publications] 吉川 泰弘: "ベンチュリ管式吸込管による汽水湖塩水層の吸込みに関する基礎的研究"土木学会北海道支部論文報告集. 第58号. 504-507 (2002)
• [Publications] 佐渡 公明: "網走湖におけるNOAA,日射量データを用いた分光反射率とクロロフイルa濃度推定"水工学論文集. Vol.46. 1073-1078 (2002)